JP4262937B2 - Semiconductor laser device - Google Patents

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Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、半導体レーザ（ＬＤ）を用いた電子部品のパッケージ構造に関するものであり、特に光ディスクシステム、例えばコンパクトディスクやディジタルビデオディスクにおいて使用される光ピックアップに組み込まれる半導体レーザ装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来、半導体レーザ装置については、ＣＡＮタイプの金属ステムを用いたハーメチックシール方式の気密タイプが主流となっている。また、半導体レーザ装置は、通常、コンパクトディスクやディジタルビデオディスク向けの光ピックアップ用の用途向けとして、φ５．６ｍｍやφ９ｍｍといった規格形状のＣＡＮタイプステムが用いられている。これらの基本的な構造を図４に示す。
【０００３】
すなわち、円盤形状のステム５１の中央部に半円柱状のチップ取付部５２を形成するとともに、このチップ取付部５２の近傍のステム５１に、リード５５，５６を挿通するための開口部５３，５３を形成している。そして、それぞれの開口部５３，５３にリード５５，５６を挿通し、ステム５１との間の絶縁を保つために、その開口部周辺に低融点ガラス５４を充填して、リード５５，５６をステム５１に固定している。
【０００４】
一方、チップ取付部５２の基準面（取付面）５２ａに半導体レーザ素子５７を取り付け、半導体レーザ素子５７と一方のリード５６とをワイヤー５８により接続している。
【０００５】
そして、この状態で、円筒形状のキャップ部５９をステム５１上に載置固定することにより、図４（ｂ）に示すＣＡＮステムタイプの半導体レーザ装置が作製される。
【０００６】
キャップ部５９には、気密特性および特定の波長の透過率を上げるために、レーザの出射窓部分５９ａにＡＲコーティングしたガラス材５９１が低融点ガラスなどで接着されている。
【０００７】
因みに、このＣＡＮステムタイプの半導体レーザ装置に属するものとして、特開２０００−７７７９２号公報に記載されている半導体レーザユニットが挙げられる。
【０００８】
また、最近では、主にコンパクトディスク再生用途向けに、リードフレームと樹脂とを一体成型した「フレームレーザ」と呼ばれる低価格なオープンパッケージ構造の半導体レーザ装置が出現してきている。図５は、このオープンパッケージ構造の半導体レーザ装置の基本的な構造を示している。
【０００９】
すなわち、３本１組のリード６１，６２，６３を、タイバー６０によって複数組連結してリードフレームとなし、このように連結された各組のリード６１〜６３と、ハウジングとなる樹脂部材６４とを一体成型する。この後、中央に位置しているリード６２の先端に形成されたチップ取付面６２ａに半導体レーザ素子６５を取り付け、この半導体レーザ素子６５と一方の側方リード６３とをワイヤー６６により電気的に接続し、最後にタイバー６０部分を切断することにより、オープンパッケージ構造の半導体レーザ装置が作製される。
【００１０】
【発明が解決しようとする課題】
従来の金属ステムを用いたＣＡＮタイプのハーメチック構造のパッケージでは、金属ステム５１とキャップと呼ばれる金属のカバー（キャップ部５９）とが用いられていることから部品点数が多く、また、キャップ部５９には、気密特性および特定の波長の透過率を上げるために、レーザの出射窓部分５９ａにＡＲコーティングしだガラス材５９１が低融点ガラスなどで接着されていることが一般であるため、このことが部材のコスト低減のネックになっているといった問題があった。
【００１１】
また、ステム５１においては、リード５５，５６の取り付けに際して、ステム５１との絶縁性を保つ必要があるため、低融点ガラスを介在させて気密特性を維持しながらリード５５，５６の保持を実現している。このことより、ステム５１は単体での供給を余儀なくされ、連結した状態で効率的に組み立てていく工程を実現することができないといった問題があった。
【００１２】
一方、このようなＣＡＮタイプのレーザパッケージの問題点を解決するため、上記したように「フレームパッケージ」と呼ばれるリードフレームと樹脂ハウジングとを一体成型した構造のレーザパッケージが開発されている。
【００１３】
しかしながら、ＣＡＮタイプパッケージでは金属のステム部分に半導体レーザ素子を搭載するためあまり問題とならなかった熱放散の特性が、「フレームレーザ」では悪化するという問題が内在し、熱特性の悪いレーザチップ（半導体レーザ素子）や発熱の大きい高出力のレーザチップの搭載ができないといった問題があった。また、「フレームレーザ」がその生産性と価格を擾先して誕生したという背景もあり、業界標準的な形状が定まっておらず、ユーザ側で使いこなすために、ピックアップのハウジングの形状変更を余儀なくされるといった問題もあった。
【００１４】
本発明はかかる問題点を解決すべく創案されたもので、その目的は、ＣＡＮタイプの半導体レーザ装置とのコンパチビリティを保ちながら、熱放散特性を維持または向上させることのできる半導体レーザ装置を提供することにある。また、他の目的は、リードの多連化ができることで、部材価格の低減が図れ、連結した状態での工程投入により工数の短縮化が図れ、結果としてアセンブリコストも低減できる半導体レーザ装置を提供することにある。
【００１５】
【課題を解決するための手段】
本発明の半導体レーザ装置は、基部と、前記基部に設けられた搭載部とからなる導電性支持体と、前記搭載部に搭載された半導体レーザ素子と、前記支持体に一体的に取り付けられた１組のリードとを備えた半導体レーザ装置において、
前記基部は、少なくとも１つの貫通する開口部を有し、
前記１組のリードは、前記支持体に電気的・機械的に接続される少なくとも１つの第１のリードと、前記支持体に電気的に接続されない少なくとも１つの第２のリードとを含み、
前記少なくとも１つの貫通する開口部には、前記１組のリードのうち少なくとも前記第２のリードが挿入されると共に樹脂ブロックが充填されており、前記樹脂ブロックによって開口部に挿入されたリードが前記支持体に一体的に固定されており、
前記支持体の搭載部は上記半導体レーザ素子を搭載する基準面を有し、前記搭載部の基準面と、前記第２のリードの少なくとも前記基準面と同じ側に位置している面とを除いて、前記搭載部および前記基部よりも搭載部側に位置する前記第２のリードの全体が絶縁体により被覆されており、
前記搭載部および前記第２のリードを被覆している前記絶縁体は前記樹脂ブロックと同じ樹脂からなることを特徴とする。
【００１６】
樹脂ブロックの材料としては、液晶ポリマー樹脂やＰＰＳ等一般的な電子部品用樹脂を使用することができる。
【００１７】
前記支持体は絶縁性および熱放散性の良好な材料で形成するのが望ましく、たとえば、銅系合金のコバールや安価な鉄系の金属、アルミ、真鍮等を使用することができる。
また、前記１組のリードはリードフレームによって提供され得る。
【００１８】
このような特徴を有する本発明によれば、半導体レーザ素子は支持体の搭載部に搭載されるので、従来のＣＡＮタイプパッケージと同様の熱放散特性を維持することができ、高出力のレーザチップを搭載することができる。また、前記基部は円盤状に形成でき、搭載部は柱状に形成できる。つまり、本発明は、支持体がＣＡＮパッケージステムとコンパチブルな形状をとることを可能にする。したがって、本発明の半導体レーザ装置のパッケージを採用するに際して、ユーザはピックアップハウジングに関する設計変更を最小限にとどめることが可能となる。
【００１９】
さらに、少なくとも第２のリードを樹脂ブロックによって支持体に一体的に固定する構造は、リードとしてリードフレームを使用することが可能であるため、装置の組み立てを効率化して低コストに装置を製造することが可能になる。
【００２０】
本発明においては、前記搭載部の基準面と、前記第２のリードの少なくとも前記基準面と同じ側に位置している面とを除いて、前記搭載部および前記第２のリードの全体が絶縁体により被覆されている。そして、この絶縁体は、前記樹脂ブロックの材料と同じ樹脂材料で形成されている。
【００２１】
支持体の形状に関し、従来のＣＡＮタイプではキャップを被せる必要があったため、レーザチップ（半導体レーザ素子）搭載部分の立ち上げブロックの構造と大きさに制約があったが、本発明ではキャップが不要であるため、樹脂部材のモールド構造によっては外形一杯まで支持体の搭載部のサイズを大きくすることが可能となり、結果として、ＣＡＮタイプの半導体レーザ装置よりも熱放散特性を向上させることが可能となる。さらに、キャップが不要となることから、低コストを実現することが可能となる。
【００２２】
一実施形態では、前記基部は前記貫通する開口部を１つだけ有しており、この１つの開口部に前記１組のリードが挿入されており、この１組のリードが前記樹脂ブロックによって支持体に一体的に固定されている。この場合、前記第１のリードは、溶接等によって、前記支持体に機械的・電気的に接続できる。また、従来のＣＡＮステムタイプの半導体レーザ装置に比べて、開口部をかなり大きくできるので、この開口部は、プレス加工で容易に形成できる。さらに、１組のリードを一括して樹脂ブロックによって支持体に固定するので、組み立て時間を短縮化できる。
【００２３】
前記第１のリードは、前記樹脂ブロック内に完全に埋設されるのが好ましい。
【００２４】
ところで、前記基部がφ５．６ｍｍ程度の比較的大きな寸法の支持体の場合には問題ないが、支持体寸法が小さくなってくると、たとえば外形サイズがφ３．０ｍｍ以下程度になってくると、板厚との関係もあるが、通常放熱と基準面精度の確保から１ｍｍ程度の厚みを確保した場合、リードを貫入するための貫通穴をプレス加工で開ける事が困難となってくる。
【００２５】
また、リードと支持体との接合に関しては、小さい開口部での接合となり、レーザーによる溶接手法等の狭い領域での接合をねらえる手法においても、照射角度が浅くなり、接合が困難となってくる。
【００２６】
さらに、支持体とリードとの接合を溶接による半導体レーザ装置では、製造装置が大がかりとなり、また溶接によるリードと支持体との溶融部分の大きさのコントロールが難しいため、特にデバイスの大きさが小さくなってくると、溶接部近傍の形状寸法精度確保が困難となってくる。また、溶接時の熱で、金属中に含まれるカーボン成分がこげて煤となり製品に付着し、見栄えおよびワイヤボンディング性能を損なう要因となりうる。
【００２７】
そこで、このような不都合を解消すべく、一実施形態では、前記１組のリードと前記支持体とを、線膨張係数が略同じ材料で形成している。このようにすることにより、リードと支持体とを溶接により接合する方法以外に、圧入やかしめという方法を採用することが可能となる。
【００２８】
例えば、前記基部は前記第１のリードが圧入される穴をさらに備えており、前記第１のリードをこの穴に圧入することで、第１のリードを前記支持体に電気的かつ機械的に接続することができる。あるいは、前記基部は、前記第１のリードが挿通される穴をさらに備えており、この穴に挿入された第１のリードを半導体レーザ素子側の端部をつぶしてかしめることで、第１のリードを前記支持体に電気的かつ機械的に接続してもよい。
【００２９】
リードと支持体とを接合する方法として、溶接以外に圧入やかしめという方法を採用することで熱的なプロセスを用いずにリードと支持体とを接合することが可能となる。このことで、溶接による材料変形や煤による汚染を防止することが可能となる。
【００３０】
圧入およびかしめという方法をとる場合、リードと支持体との材質を、線膨張係数が略同じものを採用することで、温度変化によらず接合部の強度を維持することが可能となる。また、挿入リードの頭部をつぶすことで接続を図るかしめの場合、リードの引き抜き強度に関しては、圧入の場合よりも、強固に接続できるのと、貫入穴径を少し大きくとることができる。
【００３１】
一実施形態では、前記樹脂ブロックが充填されている開口部は、この開口部が前記基部を貫通する方向と略直交する方向に開放されている。このように開口部を開放することにより、支持体のプレス加工プロセスを平易なものにし、リードと支持体との接合方式についての選択自由度が高くできる。この結果、装置の小型化を進めることができる。
【００３２】
前記開口部の幅は、中心部分よりも開放部分の方が狭いのが好ましい。こうすることにより、リードとリードを保持する樹脂ブロックが支持体から分離・脱落する危険性を回避できる。
【００３３】
一実施形態において、半導体レーザ装置は、前記半導体レーザ素子からの出射光が半導体レーザ素子に戻るのを防止する手段を備えている。
【００３４】
一例において、前記出射光が半導体レーザ素子に戻るのを防止する手段は、前記樹脂ブロックまたは前記搭載部を被覆する絶縁体の、前記半導体レーザ素子からの出射光が直接当たる部分に設けたテーパ面である。
【００３５】
また、一実施形態において、前記半導体レーザ素子からの出射光の蹴られを防止するために、前記搭載部のレーザ素子搭載面の、前記レーザ素子からの光が外部に射出する側の端部の少なくとも一部が、例えばテーパー面あるいは段差面を形成するように、切除されている。つまり、この実施形態では、ビームの放射形状に合わせてレーザ素子搭載面の一部（レーザビームが外部に出射する側）を欠落させた形状としているのである。レーザ素子搭載面がこのような形状を取らない場合、実際の使用に際しては、レーザ素子の搭載位置と搭載面の形状の関係から、出射されたビームが搭載面のエッジで蹴られ、ビーム形状の対称性が損なわれる可能性がある。しかし、この例の場合には、素子搭載面のレーザビームが外部に出射する側の部分を欠落させたことにより、ビームの放射形状の蹴られの問題を回避できる。
【００３６】
【００３７】
【００３８】
【００３９】
【００４０】
【００４１】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態について、図面を参照して説明する。
（第１実施形態）
図１は、本発明の第１実施形態に係る半導体レーザ装置の外観図、図２は縦断面図を示している。
【００４２】
この半導体レーザ装置は、円盤状の基部（以下、「円盤状部」）１１とこの円盤状部１１の中央部に形成された柱状の搭載部（以下、「柱状体」）１２とからなる支持体１と、この支持体１に一体に取り付けられる複数本（本実施形態では３本）が１組となったリード２１，２２，２３（図では、これらのリードがタイバー２０で連結されたリードフレーム２状態で示している。）と、柱状体１２の基準面１２ａに取り付けられる半導体レーザ素子３と、この半導体レーザ素子３とリード２３とを電気的に接続するワイヤー４とを備えている。支持体１は鉄や銅、銅合金等の金属で形成されている。
【００４３】
支持体１の円盤状部１１には、柱状体１２の周囲に１組のリード２１，２２，２３を挿通可能な開口部１１１が形成されている。この開口部１１１は、柱状体１２の左右両側が広い開口部となっており、柱状体１２の基準面１２ａの前方が１組のリード２（２１，２２，２３）を実質的に層通する細長の開口部となっている。
１組のリード２（２１，２２，２３）は、この開口部１１１を挿通されて、図１（ｂ）に示すように適正位置に配置される。この後、開口部１１１に固定用の絶縁性を有する樹脂ブロック３１が形成されることにより、１組のリード２（２１，２２，２３）が支持体１に一体に固定される。この実施形態では、樹脂材料として、液晶ポリマーを使用しているが、ＰＰＳやポリカーボネートＰＢＴ等を使用することもできる。
【００４４】
１組のリード２（２１，２２，２３）は、横断面長方形状、すなわち本実施形態では短冊状に形成されている。そして、柱状体１２の基準面１２ａと、円板状部１１より上部に位置している左右のリード２１，２３（第２のリード）の少なくとも基準面１２ａと同じ側に位置している面２１ａ，２３ａとを除いて、柱状体１２およびリード２１，２３の全体が絶縁体（本実施形態では、樹脂部材）３２により被覆されている（図１（ｃ）参照）。
【００４５】
また、１組のリード２（２１，２２，２３）のうち中央に位置しているリード２２（第１のリード）は、支持体１の柱状体１２の基準面１２ａに電気的に接続されている。接続方法としては、レーザ溶接、電気溶接、超音波溶接などが好適である。このリード２２は、樹脂ブロック３１によって完全に埋設されている。
【００４６】
また、半導体レーザ素子３より出射される光が、樹脂ブロック３１または柱状体１２の全体を被覆している樹脂部材３２に直接当たる部分がテーパ面に形成されている。すなわち、本実施形態では、樹脂ブロック３１によって埋設されている中央のリード２２の上部に、テーパ面３３ａを有する楔型形状の第２の樹脂ブロック（本実施形態では、樹脂ブロック）３３（図１（ｃ）および図２参照）を設けている。
【００４７】
これにより、半導体レーザ素子２から下方に出射された光は、第２の樹脂ブロック３３のテーパ面３３ａで角度を変えて反射される。これにより、反射光が半導体レーザ素子３へ戻ることを確実に防止することができる。つまり、反射光が半導体レーザ素子３へ戻ることによってレーザ発振を不安定化させることを防止することができる。
【００４８】
次に、上記構成の半導体レーザ装置の製造方法について、図１および図３を参照して説明する。
【００４９】
まず、支持体１の円盤状部１１に形成された開口部１１１に、タイバー２０により連結された１組のリード２（２１，２２，２３）を下方から挿通する。
【００５０】
次に、挿通した１組のリード２（２１，２２，２３）のうち、中央部の１本のリード２２と支持体１の柱状体１２の基準面１２ａとを溶接することにより、１組のリード２（２１，２２，２３）と支持体１とを固定する。溶接方法は、上記したように、レーザ溶接、電気溶接、超音波溶接などが好適に用いられる。
【００５１】
次に、このようにして支持体１に固定した１組のリード２（２１，２２，２３）を、図示しない樹脂成型用金型に導入し、ハウジング部を樹脂モールドする。具体的には、支持体１の円板状部１１より上部において、柱状体１２の基準面１２ａと、左右のリード２１，２３の少なくとも基準面１２ａと同じ側に位置している面２１ａ，２３ａとを除いて、柱状体１２およびリード２１，２３の全体を樹脂モールドする。この樹脂モールドによって、開口部１１１に挿入される樹脂ブロック３１と、柱状体１２全体を被覆する樹脂部材３２が同時に形成される。また、テーパ面３３ａを有する第２の樹脂ブロック３３も同時に形成される。このときの樹脂モールド法としては、インサート成型法を用いることができる。
【００５２】
この後、柱状体１２の基準面１２ａに半導体レーザ素子３を取り付け、この半導体レーザ素子３と一方のリード２３とをワイヤボンディングすることにより、電気的な接続を行う。
【００５３】
最後に、各リード２１，２２，２３を連結しているタイバー２０を切除することにより、半導体レーザ装置が完成する。
【００５４】
なお、本発明では、図３に示すように、１組のリード２１，２２，２３がタイバー２０により複数組連結されたリードフレーム２と、複数個の支持体１，１，・・・とから、複数個の半導体レーザ装置を同時に製造することが可能である。
（第２実施形態）
この第２実施形態は、支持体の外形サイズがφ３．０ｍｍ以下と小さい場合に好適なものである。以下、第２実施形態を図６〜８を参照しながら説明する。なお、図６〜８において、図１〜図３に示した部分と同じまたは同様の部分には同じ参照番号を付し、詳しい説明を省略する。
【００５５】
図６（ａ）（ｂ）（ｃ）は異なる４種類の支持体１を用いた半導体レーザ装置（図中、Ｎｏ．１、Ｎｏ．２、Ｎｏ．３、Ｎｏ．４で示す。）の製造工程を示している。この実施形態でも、１組（３本）のリード２１，２２，２３はリードフレーム２によって提供される。なお、図６（ａ）は、各支持体１１とリードフレーム２とが接合される前の状態を示す。図６（ｂ）は、各支持体１１とリードフレーム２が接合されたときの状態を示す。そして、図６（ｃ）は、各支持体とリードフレーム２とが一体成形により樹脂に覆われた状態で、レーザチップを搭載しワイヤボンディングを施した状態を示す。
【００５６】
まず、Ｎｏ．１の場合について説明する。Ｎｏ．１において、図６（ａ）に示すように、支持体１は環状部１１と柱状体１２とからなる。支持体１は、導電性および伝熱性を重視して金属で形成するのが一般的であり、この実施形態でも金属を使用している。。支持体１の金属材料とリードフレーム２したがってリード２１，２２，２３の金属材料は、線膨張係数が略同じになるように選択されている。たとえば、支持体１の金属材料とリードフレーム２したがってリード２１，２２，２３の金属材料の組み合わせとしては、鉄（１．３５Ｅ−０５）やコバール（銅系金属：約１．６３Ｅ−０５）がある。支持体１の材料としては、金属以外にも、セラミクス材料や、将来的には高熱伝導樹脂等も使用可能である。なお、この支持体１の材料についての説明は、Ｎｏ．２〜Ｎｏ．４すべてについて当てはまる。
【００５７】
環状部１１には、柱状体１２の前方かつ両側方にリード挿通用の矩形の開口部１１１ａが２つ形成されるとともに、これら開口部１１１ａの真中にリード圧入用の穴１１１ｂが形成されている。そして、図６（ｂ）に示すように、２つの開口部１１１ａには両横のリード（以下、「サイドリード」）２１、２３が挿通されるとともに、穴１１１ｂには中央のリード（以下、「センターリード」）２２が圧入される。なお、図６では、穴１１１ｂは貫通穴として示されているが、必ずしも環状部１１を貫通している必要はない。センターリード２２を穴１１１ｂに圧入することにより、このリードが支持体１に接合される。リードと支持体の材料が略同じ線膨張係数を有することから、温度変化に対しても接続強度を維持できる信頼性の高い接続を実現できる。
【００５８】
続いて、開口部１１１ａに充填される樹脂ブロック３１と柱状体１２を被覆する樹脂部材３２とを形成する。これらを形成する方法は第１実施形態での方法と同様なので、説明を省略する。
【００５９】
この後、柱状体１２の基準面１２ａに半導体レーザ素子３を取り付け、この半導体レーザ素子３と一方のサイドリード２３とをワイヤボンディングすることにより、電気的な接続を行う。
【００６０】
最後に、リード２１，２２，２３を連結しているタイバー２０を切除することにより、半導体レーザ装置が完成する。
【００６１】
次に、Ｎｏ．２について、Ｎｏ．１と異なる点のみを説明する。Ｎｏ．２における支持体１の環状部１１には、圧入用の穴１１１ｂよりも若干大径のかしめ穴１１１ｃが形成されており、センターリード２２をこの穴１１１ｃに挿入し、その先端をつぶしてかしめることにより、このリードを支持体１１に接合する。図６（ｂ）における参照番号２２ａはつぶされたセンターリードの先端部を示している。かしめによる接合は、圧入による接合よりも、リードの引き抜き強度が大きくできる。また、圧入用の穴に比べて穴径を大きくできる。以上の点以外はＮｏ．１と同じである。
【００６２】
次に、Ｎｏ．３について、Ｎｏ．２と異なる点のみを説明する。Ｎｏ．２における支持体１の環状部１１に設けられたサイドリード挿通用の開口部１１１ａは環状部１１を貫通する方向と略直交する方向においては閉じているが、Ｎｏ．３における開口部１１１ｄは、環状部１１を貫通する方向と略直交する方向において開放されている、つまり、環状部１１の外周側に開放端を有する。このように開口部１１１ｄを環状部１１の外周側に開放させることで、開口部形成のためのプレス加工が平易となる。また、図面に明瞭に示すように、開口部１１１ｄの幅は、中心部分よりも開放部分（外周部分）の方が狭い。したがって、サイドリード２１、２３とこれらのリードを保持する樹脂ブロック３１とがこの開口部１１１ｄから抜け出て、支持体１１から分離するのを防止できる。以上の点以外は、Ｎｏ．３の構成はＮｏ．２と同じである。なお、穴１１１ｃに代えて穴１１１ｂを使用してもよいことは言うまでもない。
【００６３】
次に、Ｎｏ．４について、Ｎｏ．３と異なる点のみを説明する。Ｎｏ．３では環状部は穴１１１ｃを１つと外周側が開放された開口部１１１ｄを２つ備えて、それらに３本のリードを別々に挿入するようにしているが、Ｎｏ．４では、実施形態１同様、開口部１１１ｄを１つだけ設け、１組のリード２１、２２、２３をこの開口部１１１ｄにまとめて挿入するようにしている。但し、この開口部１１１ｄもＮｏ．３における開口部１１１ｄ同様、外周側が開放された形状となっており、その寸法は中心部分よりも開放部分の方が狭くなっている。Ｎｏ．４の場合、センターリードの支持体１１への接合には、第１実施形態で説明した各種の溶接方法が採用できる。
【００６４】
ところで、図８（ａ）に示すように、素子搭載面１２ａの高さによっては、搭載した素子３から出射されるレーザビームＬの一部が搭載面１２ａのエッジ部分によりケラれて（図中、ＬｖはレーザビームＬのうち、搭載面１２ａによりケラれた部分を表している。）、本来は対称なビーム形状が損われることがある。このような問題は、図８（ｂ）に示すように、搭載面１２ａのエッジ部分を切除することで解消できる。
【００６５】
図７は搭載面１２ａのエッジ部分を欠落させた支持体１１１の具体例を示しており、（ａ）はリードフレームが接合された状態、（ｂ）は半導体レーザ素子つまりレーザチップを搭載してワイヤボンディングが施された状態を示している。図には、３つの支持体を示しているが、真中の支持体は、素子搭載面１２ａの端部全体に段差面１２ｂを設けたもの、右の支持体は素子搭載面１２ａの端部全体にテーパー面１２ｃを設けたものである。左の支持体は、レーザビームの蹴られ対策を施していないもので、比較のために示している。図示したものは、段差面１２ｂもテーパー面１２ｃもエッジ全体にわたって形成しているが、レーザビームＬが当たらないならば、エッジの一部だけに形成してもよく、また、段差、テーパー以外の形状であってもよい。また、このようなレーザビームの蹴られ対策は、第１実施形態においても採用できることは言うまでもない。
【００６６】
さらに、第１実施形態に関連して説明したテーパ面３３（レーザチップ３から出射されたレーザビームがレーザチップ３に戻るのを防止する手段）を第２実施形態の装置においても形成してよい。
【００６７】
上述した第１および第２実施形態では３本のリードを用いる場合を説明したが、リードが２本の場合であっても、４本以上の場合であっても本発明は適用可能である。
【００６８】
また、上述した第１および第２実施形態では、１本のリードのみを支持体に接合する場合を説明したが、２本以上のリードを支持体に接合してもよい。
【００６９】
また、上述した第１および第２実施形態では、支持体の形状は従来のＣＡＮパッケージステムとコンパチブルな形状としたが、それ以外の形状にすることも可能である。
【００７０】
【発明の効果】
本発明の半導体レーザ装置は、基部と前記基部に設けられた搭載部とからなる導電性支持体と、前記搭載部に搭載された半導体レーザ素子と、前記支持体に一体的に取り付けられた１組のリードとを備えた半導体レーザ装置において、前記基部は、少なくとも１つの貫通する開口部を有し、前記１組のリードは、前記支持体に電気的・機械的に接続される少なくとも第１のリードと、前記支持体に電気的に接続されない少なくとも１つの第２のリードとを含み、前記少なくとも１つの貫通する開口部には、少なくとも前記第２のリードが挿入されると共に樹脂ブロックが充填されており、前記樹脂ブロックによって開口部に挿入されたリードが前記支持体に一体的に固定された構成となっている。
【００７１】
この構成によれば、半導体レーザ素子が支持体の搭載部に搭載されるので、従来のＣＡＮタイプパッケージと同様の熱放散特性を維持することができ、高出力のレーザチップを搭載することができる。また、本発明は、支持体がＣＡＮパッケージステムとコンパチブルな形状をとることを可能にするので、本発明の半導体レーザ装置のパッケージを採用するに際して、ユーザはピックアップハウジングに関する設計変更を最小限にとどめることが可能となる。
【００７２】
さらに、少なくとも第２のリードを樹脂ブロックによって支持体に一体的に固定する構造は、リードとしてリードフレームを使用することが可能であるため、装置の組み立てを効率化して低コストに装置を製造することが可能になる。
【００７３】
また、本発明の半導体レーザ装置によれば、柱状体の基準面と、１組のリードの少なくとも基準面と同じ側に位置している面とを除いて、柱状体および１組のリードの全体が絶縁体である例えば樹脂部材により被覆された構成となっている。すなわち、本発明ではキャップが不要であるため、樹脂部材のモールド構造によっては外形一杯まで支持体の柱状体のサイズを大きくすることが可能となり、結果として、ＣＡＮタイプの半導体レーザ装置よりも熱放散特性を向上させることができる。
【００７４】
前記基部に前記貫通する開口部を１つだけ設け、この１つの開口部に前記１組のリードを挿入して樹脂ブロックによって支持体に一体的に固定する場合には、従来のＣＡＮステムタイプの半導体レーザ装置に比べて、開口部をかなり大きくできるので、プレス加工で容易に形成できる。さらに、１組のリードを一括して樹脂ブロックによって支持体に固定するので、組み立て時間を短縮化できる。
【００７５】
さらに、１組のリードと支持体とを、線膨張係数が略同じ材料で形成した場合には、リードの少なくとも１本を、熱的なプロセスを用いない圧入あるいはかしめといった方法で、支持体に固定することが可能になるので、装置の小形化に対応できる。
【００７６】
また、前記樹脂ブロックが充填されている開口部を、この開口部が前記基部を貫通する方向と略直交する方向に開放させた場合には、基部の寸法が小さくなっても、開口部を困難なくプレス加工で形成できる。
【００７７】
また、本発明の半導体レーザ装置によれば、半導体レーザ素子より出射される光が、リードを固定する樹脂ブロック、または柱状体の全体を被覆する樹脂部材に直接当たる部分をテーパ面に形成している。これにより、反射光が半導体レーザ素子へ戻ることを確実に防止することができる。つまり、反射光が半導体レーザ素子へ戻ることによってレーザ発振を不安定化させることを確実に防止することができる。
【００７８】
また、前記搭載部のレーザ素子搭載面の、前記レーザ素子からの光が外部に射出する側の端部の少なくとも一部を、例えばテーパー面あるいは段差面を形成するように、切除した場合には、前記半導体レーザ素子からの出射光の蹴られを防止できる。
【００７９】
【００８０】
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明の第１の実施形態に係る半導体レーザ装置の外観図を示しており、（ａ）は支持体と１組のリードとを分離した状態、（ｂ）は支持体の開口部に１組のリードを挿通した状態、（ｃ）は完成された半導体レーザ装置を示している。
【図２】 図１（ｃ）に示す半導体レーザ装置の縦断面図である。
【図３】 本発明の半導体レーザ装置の製造方法を示す説明図である。
【図４】 ＣＡＮタイプの半導体レーザ装置の外観図である。
【図５】 フレームレーザタイプの半導体レーザ装置の外観図である。
【図６】 異なる４種類の支持体を用いた第２の実施形態に係る半導体レーザ装置の製造工程を示す説明図である。
【図７】 搭載面のエッジ部分を欠落させた支持体の具体例を示しており、（ａ）はリードフレームが接合された状態、（ｂ）はレーザチップを搭載してワイヤボンディングが施された状態を示している。
【図８】 （ａ）はレーザビームの蹴られの概念図、（ｂ）はレーザビームの蹴られ対策を説明する概念図である。
【符号の説明】
１ 支持体
２ １組のリード
２１，２２，２３ リード
３ 半導体レーザ素子
４ ワイヤー
１１ 円盤状部
１１１，１１１ａ、１１１ｄ，１１１ｅ 開口部
１１１ｂ 圧入用の穴
１１１ｃ かしめ用の穴
１２ 柱状体
１２ａ 基準面
１２ｂ 段差面
１２ｃ テーパー面
３１ 樹脂ブロック
３２ 樹脂部材（絶縁体）
３３ 第２の樹脂ブロック
３３ａ テーパ面
Ｌ レーザビーム
Ｌｖ レーザビームの蹴られ部分[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to an electronic component package structure using a semiconductor laser (LD). To make In particular, a semiconductor laser device incorporated in an optical pickup used in an optical disk system, for example, a compact disk or a digital video disk. In place It is related.
[0002]
[Prior art]
Conventionally, for semiconductor laser devices, hermetic seal type hermetic type using a CAN type metal stem has been mainstream. Further, a standard type CAN type stem such as φ5.6 mm or φ9 mm is usually used in a semiconductor laser device for an optical pickup application for a compact disc or a digital video disc. These basic structures are shown in FIG.
[0003]
That is, a semi-cylindrical chip mounting portion 52 is formed at the center of the disc-shaped stem 51, and the openings 53 and 53 for inserting the leads 55 and 56 into the stem 51 near the chip mounting portion 52. Is forming. Then, the leads 55 and 56 are inserted into the openings 53 and 53, respectively, and in order to maintain insulation from the stem 51, the low melting point glass 54 is filled around the openings and the leads 55 and 56 are inserted into the stem. 51 is fixed.
[0004]
On the other hand, a semiconductor laser element 57 is attached to a reference surface (attachment surface) 52 a of the chip attachment portion 52, and the semiconductor laser element 57 and one lead 56 are connected by a wire 58.
[0005]
In this state, by mounting and fixing the cylindrical cap portion 59 on the stem 51, the CAN stem type semiconductor laser device shown in FIG. 4B is manufactured.
[0006]
A glass material 591 that is AR-coated on a laser emission window portion 59a is bonded to the cap portion 59 with a low melting point glass or the like in order to increase hermetic characteristics and transmittance at a specific wavelength.
[0007]
Incidentally, a semiconductor laser unit described in Japanese Patent Laid-Open No. 2000-77792 is cited as belonging to this CAN stem type semiconductor laser device.
[0008]
Recently, a low-cost open-package semiconductor laser device called a “frame laser” in which a lead frame and a resin are integrally molded has been emerging mainly for compact disc playback applications. FIG. 5 shows a basic structure of this open package semiconductor laser device.
[0009]
That is, a set of three leads 61, 62, 63 are connected by a tie bar 60 to form a lead frame. Each set of leads 61-63 connected in this way, and a resin member 64 serving as a housing, Is integrally molded. Thereafter, the semiconductor laser element 65 is attached to the chip attachment surface 62a formed at the tip of the lead 62 located at the center, and the semiconductor laser element 65 and one side lead 63 are electrically connected by the wire 66. Finally, the tie bar 60 portion is cut to produce a semiconductor laser device having an open package structure.
[0010]
[Problems to be solved by the invention]
In a conventional CAN type hermetic package using a metal stem, the metal stem 51 and a metal cover (cap portion 59) called a cap are used, so the number of parts is large. In general, in order to increase hermetic characteristics and transmittance at a specific wavelength, a glass material 591 coated with AR is bonded to a laser emission window portion 59a with a low-melting glass or the like. There was a problem that it became a bottleneck of cost reduction of members.
[0011]
In addition, since the stem 51 needs to maintain insulation with the stem 51 when the leads 55 and 56 are attached, the leads 55 and 56 can be held while maintaining the airtight property by interposing a low melting point glass. ing. As a result, the stem 51 is forced to be supplied as a single unit, and there is a problem that the process of efficiently assembling the stem 51 cannot be realized.
[0012]
On the other hand, in order to solve the problems of such a CAN type laser package, a laser package having a structure in which a lead frame called a “frame package” and a resin housing are integrally formed as described above has been developed.
[0013]
However, the CAN type package has a problem that the characteristics of heat dissipation, which has not been a problem because the semiconductor laser element is mounted on the metal stem portion, is deteriorated by the “frame laser”. There is a problem that it is impossible to mount a semiconductor laser element) or a high-power laser chip that generates a large amount of heat. In addition, there is a background that “Frame Laser” was born out of its productivity and price, and the industry standard shape has not been decided, so the user has to change the shape of the housing of the pickup in order to use it well. There was also a problem of being.
[0014]
The present invention was devised to solve such problems, and an object of the present invention is to provide a semiconductor laser device capable of maintaining or improving heat dissipation characteristics while maintaining compatibility with a CAN type semiconductor laser device. Place It is to provide. Another object of the present invention is that the number of leads can be increased, so that the member price can be reduced, and the number of processes can be shortened by introducing the processes in a connected state, resulting in a reduction in assembly cost. Place It is to provide.
[0015]
[Means for Solving the Problems]
The semiconductor laser device of the present invention is integrally attached to the support, a conductive support comprising a base and a mounting portion provided on the base, a semiconductor laser element mounted on the mounting, and the support. In a semiconductor laser device comprising a set of leads,
The base has at least one penetrating opening;
The set of leads includes at least one first lead electrically and mechanically connected to the support and at least one second lead not electrically connected to the support;
The at least one penetrating opening is filled with at least the second lead of the set of leads and filled with a resin block, and the lead inserted into the opening by the resin block is It is fixed integrally to the support,
The mounting portion of the support has a reference surface for mounting the semiconductor laser element, except for the reference surface of the mounting portion and a surface located on the same side as at least the reference surface of the second lead. And the entire second lead located closer to the mounting portion than the mounting portion and the base is covered with an insulator,
The insulator covering the mounting portion and the second lead is made of the same resin as the resin block.
[0016]
As a material for the resin block, a general resin for electronic parts such as liquid crystal polymer resin and PPS can be used.
[0017]
The support is preferably formed of a material having good insulating properties and heat dissipation, and for example, copper-based alloy Kovar, inexpensive iron-based metal, aluminum, brass, or the like can be used.
The set of leads may be provided by a lead frame.
[0018]
According to the present invention having such characteristics, since the semiconductor laser element is mounted on the mounting portion of the support, the same heat dissipation characteristic as that of the conventional CAN type package can be maintained, and a high-power laser chip can be maintained. Can be installed. Further, the base portion can be formed in a disc shape, and the mounting portion can be formed in a column shape. That is, the present invention allows the support to take a shape that is compatible with the CAN package stem. Therefore, when adopting the package of the semiconductor laser device of the present invention, the user can minimize the design change regarding the pickup housing.
[0019]
Furthermore, since the structure in which at least the second lead is integrally fixed to the support by the resin block can use the lead frame as the lead, the assembly of the device is made efficient and the device is manufactured at low cost. It becomes possible.
[0020]
In the present invention, the entire mounting portion and the second lead are insulated except for the reference surface of the mounting portion and the surface of the second lead located on the same side as at least the reference surface. Covered by the body. And this insulator is formed with the same resin material as the material of the said resin block.
[0021]
Regarding the shape of the support, the conventional CAN type had to be covered with a cap, so there was a restriction on the structure and size of the rising block of the laser chip (semiconductor laser element) mounting portion, but the present invention does not require a cap. Therefore, depending on the mold structure of the resin member, it is possible to increase the size of the mounting portion of the support body to the full outer shape, and as a result, it is possible to improve the heat dissipation characteristics than the CAN type semiconductor laser device. Become. Furthermore, since a cap is not required, it is possible to realize low cost.
[0022]
In one embodiment, the base has only one opening that penetrates, and the one set of leads is inserted into the one opening, and the one set of leads is supported by the resin block. It is fixed integrally with the body. In this case, the first lead can be mechanically and electrically connected to the support by welding or the like. Further, since the opening can be made considerably larger than the conventional CAN stem type semiconductor laser device, the opening can be easily formed by press working. Furthermore, since one set of leads is collectively fixed to the support by the resin block, the assembly time can be shortened.
[0023]
The first lead is preferably completely embedded in the resin block.
[0024]
By the way, there is no problem when the base is a support having a relatively large size of about φ5.6 mm, but when the size of the support becomes small, for example, when the outer size becomes about φ3.0 mm or less, Although there is a relationship with the plate thickness, when a thickness of about 1 mm is secured from the normal heat radiation and the reference surface accuracy, it is difficult to open a through hole for penetrating the lead by press working.
[0025]
In addition, the bonding between the lead and the support is performed with a small opening, and even in a method aiming for bonding in a narrow region such as a laser welding method, the irradiation angle becomes shallow and it becomes difficult to bond. .
[0026]
Furthermore, in the semiconductor laser device by welding the support and the lead, the manufacturing apparatus becomes large, and since it is difficult to control the size of the melted portion between the lead and the support by welding, the size of the device is particularly small. If it becomes, it will become difficult to ensure the shape dimensional accuracy in the vicinity of the weld. In addition, the heat during welding can cause the carbon component contained in the metal to become glazed and adhere to the product, which can be a factor that impairs appearance and wire bonding performance.
[0027]
Therefore, in order to eliminate such inconvenience, in one embodiment, the one set of leads and the support are formed of materials having substantially the same linear expansion coefficient. By doing in this way, it becomes possible to employ | adopt the method of press fit and caulking other than the method of joining a lead | read | reed and a support body by welding.
[0028]
For example, the base portion further includes a hole into which the first lead is press-fitted, and the first lead is press-fitted into the hole so that the first lead is electrically and mechanically inserted into the support. Can be connected. Alternatively, the base portion further includes a hole through which the first lead is inserted, and the first lead inserted into the hole is crushed by the end portion on the semiconductor laser element side, thereby first These leads may be electrically and mechanically connected to the support.
[0029]
As a method of joining the lead and the support, it is possible to join the lead and the support without using a thermal process by adopting a method such as press fitting or caulking other than welding. This makes it possible to prevent material deformation due to welding and contamination due to wrinkles.
[0030]
When adopting the method of press-fitting and caulking, it is possible to maintain the strength of the joint regardless of temperature change by adopting the material of the lead and the support having substantially the same linear expansion coefficient. Further, in the case of caulking the connection by crushing the head portion of the insertion lead, the lead pull-out strength can be made stronger and the penetration hole diameter can be made slightly larger than in the case of press-fitting.
[0031]
In one embodiment, the opening filled with the resin block is opened in a direction substantially orthogonal to a direction in which the opening penetrates the base. By opening the opening in this manner, the pressing process of the support can be simplified, and the degree of freedom in selecting the bonding method between the lead and the support can be increased. As a result, the size of the apparatus can be reduced.
[0032]
The width of the opening is preferably narrower in the open part than in the central part. By doing so, it is possible to avoid a risk that the lead and the resin block holding the lead are separated and dropped from the support.
[0033]
In one embodiment, the semiconductor laser device includes means for preventing light emitted from the semiconductor laser element from returning to the semiconductor laser element.
[0034]
In one example, the means for preventing the emitted light from returning to the semiconductor laser element is a taper surface provided on a portion of the insulator covering the resin block or the mounting portion that is directly exposed to the emitted light from the semiconductor laser element. It is.
[0035]
In one embodiment, in order to prevent kicking of the emitted light from the semiconductor laser element, the end of the laser element mounting surface of the mounting portion on the side where the light from the laser element is emitted to the outside At least a part is cut out so as to form, for example, a tapered surface or a stepped surface. That is, in this embodiment, a part of the laser element mounting surface (the side on which the laser beam is emitted to the outside) is omitted in accordance with the radiation shape of the beam. If the laser element mounting surface does not take such a shape, in actual use, the emitted beam is kicked by the edge of the mounting surface due to the relationship between the mounting position of the laser element and the shape of the mounting surface, and the beam shape Symmetry may be lost. However, in the case of this example, the portion of the element mounting surface on the side where the laser beam is emitted to the outside is missing, thereby avoiding the problem of kicking of the radiation shape of the beam.
[0036]
[0037]
[0038]
[0039]
[0040]
[0041]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings.
(First embodiment)
FIG. 1 is an external view of a semiconductor laser device according to a first embodiment of the present invention, and FIG. 2 is a longitudinal sectional view.
[0042]
The semiconductor laser device includes a disk-shaped base (hereinafter referred to as “disk-shaped portion”) 11 and a column-shaped mounting portion (hereinafter referred to as “column-shaped body”) 12 formed at the center of the disk-shaped portion 11. Lead 21, 22, 23 in which the body 1 and a plurality of (three in this embodiment) attached integrally to the support 1 are combined as one set (in the figure, these leads are connected by tie bars 20) And a semiconductor laser element 3 attached to the reference surface 12a of the columnar body 12, and a wire 4 for electrically connecting the semiconductor laser element 3 and the lead 23. The support 1 is made of a metal such as iron, copper, or copper alloy.
[0043]
An opening 111 through which a pair of leads 21, 22, and 23 can be inserted is formed around the columnar body 12 in the disk-shaped portion 11 of the support 1. The opening 111 is a wide opening on both the left and right sides of the columnar body 12, and the front of the reference surface 12 a of the columnar body 12 passes substantially through the pair of leads 2 (21, 22, 23). It is an elongated opening.
A pair of leads 2 (21, 22, 23) is inserted through the opening 111 and disposed at appropriate positions as shown in FIG. Thereafter, a resin block 31 having insulating properties for fixing is formed in the opening 111, whereby a pair of leads 2 (21, 22, 23) is integrally fixed to the support 1. In this embodiment, a liquid crystal polymer is used as the resin material, but PPS, polycarbonate PBT, or the like can also be used.
[0044]
One set of leads 2 (21, 22, 23) is formed in a rectangular cross section, that is, a strip shape in this embodiment. The reference surface 12a of the columnar body 12 and the surface 21a located on the same side as at least the reference surface 12a of the left and right leads 21 and 23 (second leads) located above the disc-like portion 11 are used. , 23a, and the entire columnar body 12 and leads 21, 23 are covered with an insulator (in this embodiment, a resin member) 32 (see FIG. 1C).
[0045]
Further, the lead 22 (first lead) located in the center of the pair of leads 2 (21, 22, 23) is electrically connected to the reference surface 12a of the columnar body 12 of the support 1. Yes. As a connection method, laser welding, electric welding, ultrasonic welding, and the like are preferable. The lead 22 is completely embedded by the resin block 31.
[0046]
Further, a portion where the light emitted from the semiconductor laser element 3 directly hits the resin member 32 covering the resin block 31 or the entire columnar body 12 is formed on a tapered surface. That is, in the present embodiment, a wedge-shaped second resin block (resin block in the present embodiment) 33 (see FIG. 1) having a tapered surface 33a on the center lead 22 embedded in the resin block 31. (C) and FIG. 2).
[0047]
As a result, the light emitted downward from the semiconductor laser element 2 is reflected from the taper surface 33a of the second resin block 33 at different angles. Thereby, it is possible to reliably prevent the reflected light from returning to the semiconductor laser element 3. That is, it is possible to prevent the laser oscillation from becoming unstable due to the reflected light returning to the semiconductor laser element 3.
[0048]
Next, a method for manufacturing the semiconductor laser device having the above configuration will be described with reference to FIGS.
[0049]
First, a pair of leads 2 (21, 22, 23) connected by a tie bar 20 are inserted from below into an opening 111 formed in the disk-like portion 11 of the support 1.
[0050]
Next, among the set of inserted leads 2 (21, 22, 23), one set of the leads 22 (21, 22 and 23) is welded to the reference surface 12a of the columnar body 12 of the support 1 to set one set. The lead 2 (21, 22, 23) and the support 1 are fixed. As described above, laser welding, electric welding, ultrasonic welding, and the like are preferably used as the welding method.
[0051]
Next, the pair of leads 2 (21, 22, 23) fixed to the support 1 in this way is introduced into a resin molding die (not shown), and the housing portion is resin molded. Specifically, above the disc-like portion 11 of the support 1, the reference surface 12 a of the columnar body 12 and the surfaces 21 a and 23 a located on the same side as at least the reference surface 12 a of the left and right leads 21 and 23. Except for the above, the entire columnar body 12 and the leads 21 and 23 are resin-molded. By this resin mold, the resin block 31 inserted into the opening 111 and the resin member 32 covering the entire columnar body 12 are simultaneously formed. A second resin block 33 having a tapered surface 33a is also formed at the same time. As the resin molding method at this time, an insert molding method can be used.
[0052]
Thereafter, the semiconductor laser element 3 is attached to the reference surface 12a of the columnar body 12, and the semiconductor laser element 3 and one lead 23 are wire-bonded to perform electrical connection.
[0053]
Finally, the tie bar 20 connecting the leads 21, 22, and 23 is cut off to complete the semiconductor laser device.
[0054]
In the present invention, as shown in FIG. 3, a lead frame 2 in which a plurality of sets of leads 21, 22, 23 are connected by a tie bar 20 and a plurality of supports 1, 1,. It is possible to simultaneously manufacture a plurality of semiconductor laser devices.
(Second Embodiment)
This second embodiment is suitable when the outer size of the support is as small as φ3.0 mm or less. Hereinafter, the second embodiment will be described with reference to FIGS. 6 to 8, the same reference numerals are given to the same or similar parts as those shown in FIGS. 1 to 3, and detailed description thereof is omitted.
[0055]
6A, 6 </ b> B, and 6 </ b> C are manufacturing semiconductor laser devices (indicated by No. 1, No. 2, No. 3, and No. 4) using four different types of supports 1. The process is shown. Also in this embodiment, one set (three) of leads 21, 22, and 23 is provided by the lead frame 2. FIG. 6A shows a state before each support 11 and the lead frame 2 are joined. FIG. 6B shows a state when each support 11 and the lead frame 2 are joined. FIG. 6C shows a state where the laser chip is mounted and wire bonding is performed in a state where each support and the lead frame 2 are covered with resin by integral molding.
[0056]
First, no. The case of 1 will be described. No. 1, the support 1 includes an annular portion 11 and a columnar body 12 as shown in FIG. The support 1 is generally formed of metal with an emphasis on conductivity and heat transfer, and metal is also used in this embodiment. . The metal material of the support 1 and the lead frame 2 and thus the metal materials of the leads 21, 22, and 23 are selected so that the linear expansion coefficients are substantially the same. For example, iron (1.35E-05) or Kovar (copper metal: about 1.63E-05) may be used as a combination of the metal material of the support 1 and the lead frame 2 and thus the metal materials of the leads 21, 22, and 23. is there. As a material for the support 1, in addition to a metal, a ceramic material or a high thermal conductive resin can be used in the future. In addition, the description about the material of this support body 1 is No. 2-No. This is true for all four.
[0057]
In the annular portion 11, two rectangular openings 111a for lead insertion are formed in front and on both sides of the columnar body 12, and a hole 111b for lead press-fitting is formed in the middle of these openings 111a. . Then, as shown in FIG. 6B, both lateral leads (hereinafter referred to as “side leads”) 21 and 23 are inserted into the two openings 111a, and a central lead (hereinafter referred to as “lead”) is inserted into the hole 111b. "Center lead") 22 is press-fitted. In FIG. 6, the hole 111 b is shown as a through hole, but it does not necessarily have to penetrate the annular portion 11. The lead is joined to the support 1 by press-fitting the center lead 22 into the hole 111b. Since the materials of the lead and the support have substantially the same linear expansion coefficient, a highly reliable connection that can maintain the connection strength even with a temperature change can be realized.
[0058]
Subsequently, a resin block 31 that fills the opening 111a and a resin member 32 that covers the columnar body 12 are formed. Since the method of forming these is the same as the method in the first embodiment, description thereof is omitted.
[0059]
Thereafter, the semiconductor laser element 3 is attached to the reference surface 12a of the columnar body 12, and the semiconductor laser element 3 and one side lead 23 are wire-bonded to perform electrical connection.
[0060]
Finally, the tie bar 20 connecting the leads 21, 22, and 23 is cut off to complete the semiconductor laser device.
[0061]
Next, no. No. 2, no. Only differences from 1 will be described. No. 2 is formed with a caulking hole 111c having a slightly larger diameter than the press-fitting hole 111b. The center lead 22 is inserted into the hole 111c and the tip thereof is crushed and caulked. As a result, the lead is joined to the support 11. Reference numeral 22a in FIG. 6B indicates the tip of the crushed center lead. Bonding by caulking can increase lead pull-out strength compared to bonding by press-fitting. Further, the hole diameter can be made larger than the press-fitting hole. Other than the above, No. Same as 1.
[0062]
Next, no. No. 3, no. Only differences from 2 will be described. No. 2, the side lead insertion opening 111 a provided in the annular portion 11 of the support 1 is closed in a direction substantially perpendicular to the direction penetrating the annular portion 11. 3 is opened in a direction substantially perpendicular to the direction penetrating the annular portion 11, that is, has an open end on the outer peripheral side of the annular portion 11. By opening the opening 111d to the outer peripheral side of the annular portion 11 in this way, the press work for forming the opening becomes easy. Further, as clearly shown in the drawings, the width of the opening 111d is narrower in the open portion (outer peripheral portion) than in the central portion. Therefore, it is possible to prevent the side leads 21 and 23 and the resin block 31 holding these leads from coming out of the opening 111d and being separated from the support 11. Except for the above points, no. The configuration of No. 3 is No. 3. Same as 2. Needless to say, the hole 111b may be used instead of the hole 111c.
[0063]
Next, no. No. 4, no. Only points different from 3 will be described. No. In No. 3, the annular portion has one hole 111c and two openings 111d opened on the outer peripheral side, and three leads are inserted into them separately. 4, as in the first embodiment, only one opening 111 d is provided, and one set of leads 21, 22, and 23 is inserted into the opening 111 d together. However, the opening 111d is also No. Like the opening 111d in FIG. 3, the outer peripheral side is open, and the dimensions of the open portion are narrower than the central portion. No. In the case of 4, the welding method described in the first embodiment can be employed for joining the center lead to the support 11.
[0064]
Incidentally, as shown in FIG. 8A, depending on the height of the element mounting surface 12a, part of the laser beam L emitted from the mounted element 3 is vignetted by the edge portion of the mounting surface 12a (in the drawing). , Lv represents a portion of the laser beam L that has been vignetted by the mounting surface 12a.) In some cases, the symmetric beam shape may be lost. Such a problem can be solved by cutting the edge portion of the mounting surface 12a as shown in FIG.
[0065]
FIG. 7 shows a specific example of the support 111 from which the edge portion of the mounting surface 12a is missing. FIG. 7A shows a state in which the lead frame is joined, and FIG. 7B shows a semiconductor laser element, that is, a laser chip mounted. A state where wire bonding is performed is shown. In the figure, three supports are shown, but the middle support is provided with a stepped surface 12b on the entire end of the element mounting surface 12a, and the right support is the entire end of the element mounting surface 12a. Is provided with a tapered surface 12c. The support on the left does not take measures against laser beam kicking and is shown for comparison. In the illustrated example, both the step surface 12b and the tapered surface 12c are formed over the entire edge. However, if the laser beam L does not hit, it may be formed only on a part of the edge. It may be a shape. Needless to say, such a countermeasure against kicking of the laser beam can also be adopted in the first embodiment.
[0066]
Further, the tapered surface 33 (means for preventing the laser beam emitted from the laser chip 3 from returning to the laser chip 3) described in relation to the first embodiment may be formed also in the apparatus of the second embodiment. .
[0067]
In the first and second embodiments described above, the case where three leads are used has been described. However, the present invention is applicable to cases where there are two leads or four or more leads.
[0068]
In the first and second embodiments described above, the case where only one lead is joined to the support has been described. However, two or more leads may be joined to the support.
[0069]
In the first and second embodiments described above, the shape of the support is compatible with the conventional CAN package stem, but other shapes can also be used.
[0070]
【The invention's effect】
The semiconductor laser device according to the present invention includes a conductive support including a base and a mounting portion provided on the base, a semiconductor laser element mounted on the mounting, and a 1 attached integrally to the support. In the semiconductor laser device comprising a set of leads, the base has at least one opening that passes therethrough, and the set of leads is at least first electrically and mechanically connected to the support. And at least one second lead that is not electrically connected to the support, and at least the second lead is inserted and the resin block is filled in the at least one penetrating opening. The lead inserted into the opening by the resin block is integrally fixed to the support.
[0071]
According to this configuration, since the semiconductor laser element is mounted on the mounting portion of the support, the same heat dissipation characteristic as that of the conventional CAN type package can be maintained, and a high-power laser chip can be mounted. . In addition, since the present invention enables the support to have a shape compatible with the CAN package stem, when adopting the package of the semiconductor laser device of the present invention, the user can minimize the design change regarding the pickup housing. It becomes possible.
[0072]
Furthermore, since the structure in which at least the second lead is integrally fixed to the support by the resin block can use the lead frame as the lead, the assembly of the device is made efficient and the device is manufactured at low cost. It becomes possible.
[0073]
In addition, according to the semiconductor laser device of the present invention, the entire columnar body and the set of leads except for the reference surface of the columnar body and the surface located on the same side as at least the reference surface of the pair of leads. For example, a resin member that is an insulator. In other words, since a cap is not required in the present invention, it is possible to increase the size of the columnar body of the support body to the full outer shape depending on the mold structure of the resin member, and as a result, heat dissipation than the CAN type semiconductor laser device Characteristics can be improved.
[0074]
When the base is provided with only one through-opening, and the one set of leads is inserted into the single opening and fixed integrally to the support by a resin block, the conventional CAN stem type Compared to the semiconductor laser device, the opening can be made considerably large, and can be easily formed by press working. Furthermore, since one set of leads is collectively fixed to the support by the resin block, the assembly time can be shortened.
[0075]
Furthermore, when a pair of leads and a support are formed of a material having substantially the same linear expansion coefficient, at least one of the leads is pressed into the support by a method that does not use a thermal process or caulking. Since it becomes possible to fix, it can respond to size reduction of an apparatus.
[0076]
In addition, when the opening filled with the resin block is opened in a direction substantially perpendicular to the direction in which the opening penetrates the base, the opening is difficult even if the size of the base is reduced. And can be formed by pressing.
[0077]
Further, according to the semiconductor laser device of the present invention, the light emitted from the semiconductor laser element is formed on the tapered surface such that the portion directly hits the resin block for fixing the lead or the resin member covering the entire columnar body. Yes. Thereby, it is possible to reliably prevent the reflected light from returning to the semiconductor laser element. That is, it is possible to reliably prevent the laser oscillation from becoming unstable due to the reflected light returning to the semiconductor laser element.
[0078]
In the case where at least a part of the laser element mounting surface of the mounting portion on the side where the light from the laser element is emitted to the outside is cut out so as to form a tapered surface or a stepped surface, for example. The kicking of the emitted light from the semiconductor laser element can be prevented.
[0079]
[0080]
[Brief description of the drawings]
1A and 1B are external views of a semiconductor laser device according to a first embodiment of the present invention, in which FIG. 1A shows a state in which a support and a set of leads are separated, and FIG. 1B shows an opening of the support; A state in which one set of leads is inserted into the part, (c) shows the completed semiconductor laser device.
2 is a longitudinal sectional view of the semiconductor laser device shown in FIG.
FIG. 3 is an explanatory diagram showing a method for manufacturing a semiconductor laser device of the present invention.
FIG. 4 is an external view of a CAN type semiconductor laser device.
FIG. 5 is an external view of a frame laser type semiconductor laser device.
FIG. 6 is an explanatory view showing a manufacturing process of the semiconductor laser device according to the second embodiment using four different types of supports.
FIGS. 7A and 7B show specific examples of a support in which the edge portion of the mounting surface is missing, where FIG. 7A shows a state in which the lead frame is bonded, and FIG. 7B shows a laser chip mounted and wire bonding is performed. Shows the state.
8A is a conceptual diagram of laser beam kicking, and FIG. 8B is a conceptual diagram for explaining countermeasures against laser beam kicking.
[Explanation of symbols]
1 Support
2 One set of leads
21,22,23 Lead
3 Semiconductor laser device
4 wires
11 Disc-shaped part
111, 111a, 111d, 111e opening
111b Hole for press fitting
111c Caulking hole
12 Columnar body
12a Reference plane
12b Stepped surface
12c taper surface
31 resin block
32 Resin member (insulator)
33 Second resin block
33a Tapered surface
L Laser beam
Lv Laser beam kicked part

Claims (13)

基部と前記基部に設けられた搭載部とからなる導電性支持体と、前記搭載部に搭載された半導体レーザ素子と、前記支持体に一体的に取り付けられた１組のリードとを備えた半導体レーザ装置において、
前記基部は、少なくとも１つの貫通する開口部を有し、
前記１組のリードは、前記支持体に電気的・機械的に接続される少なくとも１つの第１のリードと、前記支持体に電気的に接続されない少なくとも１つの第２のリードとを含み、
前記少なくとも１つの貫通する開口部には、前記１組のリードのうち少なくとも前記第２のリードが挿入されると共に樹脂ブロックが充填されており、前記樹脂ブロックによって開口部に挿入されたリードが前記支持体に一体的に固定されており、
前記支持体の搭載部は上記半導体レーザ素子を搭載する基準面を有し、前記搭載部の基準面と、前記第２のリードの少なくとも前記基準面と同じ側に位置している面とを除いて、前記搭載部および前記基部よりも搭載部側に位置する前記第２のリードの全体が絶縁体により被覆されており、
前記搭載部および前記第２のリードを被覆している前記絶縁体は前記樹脂ブロックと同じ樹脂からなることを特徴とする半導体レーザ装置。A semiconductor comprising a conductive support comprising a base and a mounting portion provided on the base, a semiconductor laser element mounted on the mounting, and a set of leads integrally attached to the support In the laser device,
The base has at least one penetrating opening;
The set of leads includes at least one first lead electrically and mechanically connected to the support and at least one second lead not electrically connected to the support;
The at least one penetrating opening is filled with at least the second lead of the set of leads and filled with a resin block, and the lead inserted into the opening by the resin block is It is fixed integrally to the support,
The mounting portion of the support has a reference surface for mounting the semiconductor laser element, except for the reference surface of the mounting portion and a surface located on the same side as at least the reference surface of the second lead. And the entire second lead located closer to the mounting portion than the mounting portion and the base is covered with an insulator,
The semiconductor laser device according to claim 1, wherein the insulator covering the mounting portion and the second lead is made of the same resin as the resin block. 前記１組のリードが横断面角形形状であることを特徴とする請求項１に記載の半導体レーザ装置。  2. The semiconductor laser device according to claim 1, wherein the one set of leads has a square shape in cross section. 前記基部は前記貫通する開口部を１つだけ有しており、この１つの開口部に前記１組のリードが挿入されており、この１組のリードが前記樹脂ブロックによって支持体に一体的に固定されていることを特徴とする請求項１に記載の半導体レーザ装置。  The base has only one opening that penetrates, and the one set of leads is inserted into the one opening, and the one set of leads is integrated with the support by the resin block. The semiconductor laser device according to claim 1, wherein the semiconductor laser device is fixed. 前記第１のリードが前記樹脂ブロック内に完全に埋設されていることを特徴とする請求項３に記載の半導体レーザ装置。  4. The semiconductor laser device according to claim 3, wherein the first lead is completely embedded in the resin block. 前記１組のリードと前記支持体とは線膨張係数が略同じ材料からなることを特徴とする請求項１に記載の半導体レーザ装置。  2. The semiconductor laser device according to claim 1, wherein the one set of leads and the support are made of a material having substantially the same linear expansion coefficient. 前記基部は前記第１のリードが圧入される穴をさらに備えており、前記第１のリードをこの穴に圧入することで、第１のリードを前記支持体に電気的かつ機械的に接続していることを特徴とする請求項５に記載の半導体レーザ装置。  The base further includes a hole into which the first lead is press-fitted, and the first lead is press-fitted into the hole to electrically and mechanically connect the first lead to the support. 6. The semiconductor laser device according to claim 5, wherein: 前記基部は、前記第１のリードが挿通される穴をさらに備えており、この穴に挿入された第１のリードを半導体レーザ素子側の端部をつぶしてかしめることで、第１のリードを前記支持体に電気的かつ機械的に接続していることを特徴とする請求項５に記載の半導体レーザ装置。  The base portion further includes a hole through which the first lead is inserted, and the first lead inserted into the hole is crushed by caulking the end portion on the semiconductor laser element side to thereby form the first lead. The semiconductor laser device according to claim 5, wherein the semiconductor laser device is electrically and mechanically connected to the support. 前記樹脂ブロックが充填されている開口部は、この開口部が前記基部を貫通する方向と略直交する方向に開放されていることを特徴とする請求項１乃至７のいずれか１つに記載の半導体レーザ装置。  8. The opening according to claim 1, wherein the opening filled with the resin block is opened in a direction substantially perpendicular to a direction in which the opening passes through the base. 9. Semiconductor laser device. 前記開口部の幅は、中心部分よりも開放部分の方が狭いことを特徴とする請求項８に記載の半導体レーザ装置。  9. The semiconductor laser device according to claim 8, wherein the width of the opening is narrower in the open portion than in the central portion. 前記半導体レーザ素子からの出射光が半導体レーザ素子に戻るのを防止する手段をさらに備えたことを特徴とする請求項１に記載の半導体レーザ装置。  2. The semiconductor laser device according to claim 1, further comprising means for preventing light emitted from the semiconductor laser element from returning to the semiconductor laser element. 前記出射光が半導体レーザ素子に戻るのを防止する手段は、前記樹脂ブロックの、前記半導体レーザ素子からの出射光が直接当たる部分に設けたテーパ面であることを特徴とする請求項１０に記載の半導体レーザ装置。  11. The means for preventing the emitted light from returning to the semiconductor laser element is a tapered surface provided in a portion of the resin block directly exposed to the emitted light from the semiconductor laser element. Semiconductor laser device. 前記半導体レーザ素子からの出射光の蹴られを防止するために、前記搭載部のレーザ素子搭載面の、前記レーザ素子からの光が外部に射出する側の端部の少なくとも一部が切除されていることを特徴とする請求項１に記載の半導体レーザ装置。  In order to prevent kicking of the emitted light from the semiconductor laser element, at least a part of the end of the laser element mounting surface of the mounting part on the side where the light from the laser element is emitted to the outside is cut off. The semiconductor laser device according to claim 1, wherein: 前記搭載部のレーザ素子搭載面は、前記レーザ素子からの光が外部に射出する側の端部において、テーパー面あるいは段差面となっていることを特徴とする請求項１２に記載の半導体レーザ装置。  13. The semiconductor laser device according to claim 12, wherein the laser element mounting surface of the mounting portion is a tapered surface or a step surface at an end portion on the side where light from the laser element is emitted to the outside. .
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